12、无线传感器网络节能协议深度解析

无线传感器网络节能协议深度解析

1. 无线传感器网络节能背景

无线传感器网络（WSN）在智能电网、医疗保健、工业自动化和军事监视等领域广泛应用。不过，传感器节点能量供应受限，电池不可充电，存储和功率能力有限。为延长网络寿命，常采用分簇方法，将网络划分为多个小簇，每个簇由簇头（CH）和成员节点组成，通信分为簇内和簇间模式。但多跳路由会导致内部流量负载和能量消耗，产生热点问题，且传感器节点因电池电量有限易失效，导致簇头故障，中断网络通信。

2. 簇头选择与相关算法

选择簇头是一个非确定性多项式问题，有多种可能性。粒子群优化（PSO）算法基于群体智能和随机优化，通过迭代可提高应用质量，有助于选择更好的簇头。不同的WSN聚类协议各有特点：
|协议名称|特点|缺点|
| ---- | ---- | ---- |
|LEACH - C|基站使用退火方法选择最佳数量的簇头，判断总簇头选择阶段以延长网络寿命|导致能量分布不平衡，远离基站的簇头多，单跳通信寿命短|
|PSO - C|基站控制簇头选择和簇形成，考虑簇内节点和当前能量|未考虑与基站的距离，直连通信时功率利用不佳|
|EBUC|形成不等簇，使基站附近有成员以处理簇间流量|未研究簇头节点剩余能量和容错问题，导致能量不平衡|
|IPSO|改进版PSO，通过增加粒子搜索探索区域提高性能|仍存在未解决的缺点|
|PSO - ECHS|使用适应度函数增强簇头选择和簇形成|基站位置改变时网络性能下降|
|PSO - UFC|基于PSO算法，使用成本函数推导进行不等聚类，构建多跳路由树，选举替代簇头（SCH）|无|

3. EC - TDMA协议框